渤海海上溢油输移、扩展数值预报系统的建立方法

摘要

本发明公开了一种渤海海上溢油输移、扩展数值预报系统，可对渤海海区海上点源和连续源发生溢油后，油膜的输移轨迹、扩展范围、油膜厚度、扫海面积、溢油抵岸或抵达敏感区的时间等进行预测，预测结果可在计算机屏幕上直观、动态显示。依据预测结果选择溢油应急行动的方式、船只类型、数量及铺设围油栏或使用消油剂等情况，从而减轻或消除溢油危害，达到防灾减灾目的。通过对渤海海域溢油溯源的反追踪，与指纹图谱和卫星遥感相结合，找出海上溢油的来源，从而确定肇事者。

主权项

渤海海上溢油输移、扩展数值预报系统的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建包括潮流和风海流的三维流场；S11、建立潮流场模型：基于FV COM模型建立渤海潮流场预报模式，其控制方程包括连续方程和动量方程：连续方程：$\frac{\partial \zeta }{\partial t}+\frac{\partial Du}{\partial x}+\frac{\partial Dv}{\partial y}+\frac{\partial \omega }{\partial \sigma }=0$X方向动量方程：$\begin{array}{c}\frac{\partial uD}{\partial t}+\frac{\partial u^{2}D}{\partial x}+\frac{\partial uvD}{\partial y}+\frac{\partial u\omega }{\partial \sigma }-fvD\\ =-gD\frac{\partial \zeta }{\partial x}-\frac{gD}{{\rho }_o}[\frac{\partial }{\partial x}\left(D\underset{\sigma }{\overset{0}{\int }}{\mathrm{\rho d\sigma }}^{\prime }\right)+\sigma \rho \frac{\partial D}{\partial x}]+\frac{1}{D}\frac{\partial }{\partial \sigma }\left(K_m\frac{\partial u}{\partial \sigma }\right)+{\mathrm{DF}}_x\end{array}$Y方向动量方程：$\begin{array}{c}\frac{\partial vD}{\partial t}+\frac{\partial uvD}{\partial x}+\frac{\partial v^{2}D}{\partial y}+\frac{\partial v\omega }{\partial \sigma }+fuD\\ =-gD\frac{\partial \zeta }{\partial y}-\frac{gD}{{\rho }_o}[\frac{\partial }{\partial y}\left(D\underset{\sigma }{\overset{0}{\int }}{\mathrm{\rho d\sigma }}^{\prime }\right)+\sigma \rho \frac{\partial D}{\partial y}]+\frac{1}{D}\frac{\partial }{\partial \sigma }\left(K_m\frac{\partial v}{\partial \sigma }\right)+{\mathrm{DF}}_y\end{array}$其中：g为重力加速度；f＝2Ωsinφ为柯氏参数；Ω为地转角速度；φ为地理纬度；ζ为自静止水面算起的水位高度；h为自静止水面算起的水深；D＝h+ζ；u、v、w为流速，p为压强，p为海水密度；S12、建立风海流模型：利用MM5为风海流计算提供逐时风场，利用FVCOM预报风海流，MM5经过三层嵌套，实现60h计算域风场数据的逐时预报；通过cressman插值技术，得到计算网格元上的海面上方10m风力矢量W10，在计算风海流时模式输入风场为海面上方10m处风速W10的东、北分量，通过下列公式转化成海面风应力τ_s：${\tau }_s=\sqrt{{\tau }_{sx}^2+{\tau }_{sy}^2}$其中：ρ_a为空气密度，C_D为风应力系数，其确定公式为：θ为风速东北分量夹角；S13、将潮流与风海流预报结果相互耦合，构成包括潮流和风海流的三维流场；。S2、构建油的蒸发、波浪作用下的乳化及溶解物理化学过程与蒙特卡罗随机理论相结合的理论模型；S3、构建蒙特卡罗粒子追踪三维非线性耦合动力模型；S4、构建渤海三维溢油随机运动数值预报模型；S5、利用已有渤海溢油资料数据和海上实际投油实验数据，验证模型；S6、在GIS地理信息系统下建立预报软件。